JP3680172B2 - 複合木材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は複合木材及びその製造方法に関し、特に加工性等の木材としての優れた特性と、耐水性等の合成樹脂としての優れた特性を併有し、しかも所定の機械的強度を有する複合木材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、環境問題が社会的に注目されているが、特に二酸化炭素による地球温暖化が現実的になりつつある今日、樹木の伐採による森林破壊が大きな問題となっきている。通常、木材は伐採された樹木を乾燥して製材し、各種の用途に応じた形状や構造に加工されるのが一般的であるが、最終的には焼却処分されることが多く、木材が有効に利用されていなかった。
【０００３】
他方、一般的に広く利用されているポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系の熱可塑性樹脂は親油性を示し、親水性を示す木材、パルプ、紙、鋸屑等とは相互の濡れ性が悪いことから、上手く混ぜることができず、無理に混合しても相互の結合力が弱く、これらの複合材の製造は難しかった。
【０００４】
そこで、木質材料とフェノール樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂とを用いてファイバーボード、パーティクルボード、木質ブロック等の複合材料を製造する方法が種々提案されているが、熱硬化性樹脂を使用する関係でコスト高になっていた。
【０００５】
これに対し、廃木材、間伐材あるいは木屑を木粉に粉砕し、木粉と溶融したポリオレフィン系の廃プラスチックとを混練し、押出し成形することにより製品とし、資源の有効利用を図る方法が提案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、等参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特公昭５９−１３０４号公報
【特許文献２】
特開昭５８−２１７５５２号公報
【特許文献３】
特公昭５９−２４５５号公報
【特許文献４】
特開昭５９−２１７７４４号公報
【特許文献５】
特公平０３−６４５５３号公報
【特許文献６】
特開昭６１−１５５４３６号公報
【特許文献７】
特開平１０−７１６３６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の木粉を用いる方法では複合木材の機械的性質を確保するためには木粉を乾燥して含有水分を所定量、例えば１０％以下にする必要があり、製造工程が複雑であった。
【０００８】
また、木粉の量を多くすると、溶融樹脂と上手く混練できず、実用的には木粉の量を合成樹脂材料の量に対して体積比で等倍程度までしか使用できていないのが実情である。
【０００９】
さらに、木粉を用いた複合材料であるというものの、実際には合成樹脂材料に似た物性を示し、釘の打ち込み鋸による切断あるいは水溶性接着剤による接着が難しく、適用できる製品用途が制限されるという問題もあった。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑み、加工性等の木材としての優れた特性と、耐水性等の合成樹脂としての優れた特性を併有し、しかも所定の機械的強度を有する複合木材を製造できるようにした方法を提供することを課題とする。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明に係る複合木材は、複数の木片をバインダー樹脂によって相互に結合してなる複合木材であって、上記複数の各木片は相互に垂直な３方向において複数の微小腔の形態がほぼ残存するような立体的形状をなし、該複数の各木片の立体的形状の全体又は大部分はその表面側の微小腔を圧潰するように変形させた状態で上記バインダー樹脂によって包囲されるとともに、上記複数の各木片の表面側の微小腔には上記バインダー樹脂が入り込むことによって上記複数の木片と上記バインダー樹脂とが相互に結合されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の特徴の１つは複数の微小腔の立体的形態がほぼ残存するような形状の複数の木片をバインダー樹脂によって強加圧状態で相互に結合するようにした点にある。
【００１３】
これにより、複数の木片がバインダー樹脂によって囲まれて相互に分離されるので、断熱性が高く、又表面に露出した木片に水分が浸透しても水分はその木片のみにとどまり、他の木片まで浸透しないので、複合木材全体としては優れた耐水性能を発揮する。
【００１４】
また、複数の木片の表面側がバインダー樹脂の加圧によって表面側の微小腔を圧潰するように変形されるとともに、表面側の微小腔にバインダー樹脂が入り込むので、木片とバインダー樹脂とが相互に強固に結合され、例えば親水性を示す木片と親油性を示すオレフィン系樹脂等のバインダー樹脂とを強固に結合できる。従って、複合木材の表面に木片が露出しても簡単に剥離せず、複合木材を用いた製品の品質を保証できる。
【００１５】
さらに、多数の木片が分散して状態でバインダー樹脂によって結合されているので、木材に似た物性を示し、釘を簡単に打込むことができるとともに、鉋による削りができ、又物性に方向性がないので、複合木材のどのような部位であっても任意の方向に鋸で切断することができ、さらには複合木材の表面には木片が露出するので、かかる木片を利用して水溶性接着剤による接着もできる。
【００１６】
また、木片の量を任意に設定できるので、木片の量を多くし、木片同士を相互にほぼ連携し合った分散状態でバインダー樹脂によって結合すると、高い引っ張り強度及び高い曲げ強度等、高い機械的強度を示す。その結果、上述の断熱性及び耐水性に加え、木材に類似した物性、合成樹脂に類似した物性及び高い機械的強度を示すので、あらゆる用途、例えば型枠等の建築資材、柱や壁材等、家具の芯材、パレット等の運搬資材、ベンチ等の屋外品等に利用できる。
【００１７】
例えば、パレット等の運搬資材の場合、天然の木材を使用すると、荷受け国における森林被害を防止するため、松喰い虫等の害虫駆除のための燻蒸や熱処理を要求され、コスト高となる。これに対し、本発明においては合成樹脂中に木片を分散させた複合木材であるので、害虫駆除のために燻蒸や熱処理を要求されることはなく、複合木材を用いてパレット等の運搬資材を製作しても害虫駆除のためにコスト高を招来することはない。
【００１８】
さらに、木片はその周囲をバインダー樹脂によって取り囲まれ、木片の間は相互に分離されているので、使用中に松喰い虫等の害虫が複合木材の表面側の木片に取りついても内部まで侵入することもない。
【００１９】
木片を破砕機で破砕した場合、木材の繊維方向の端部がささくれた形態となる。このささくれ部分の形態に起因して木片とバインダー樹脂とを更に相互に結合することができる。
【００２０】
即ち、木片はその表面側の一部が複数のささくれた形状をなし、該複数のささくれた形状部分の間にはバインダー樹脂が入り込むとともに、複数のささくれた形状部分が相互に接近する方向に変形されることによって複数の木片とバインダー樹脂とが更に相互に結合されることができる。
【００２１】
ここで、木片とは相互に垂直な３方向において複数の微小腔の形態がほぼ残存するような立体的形状をなすものをいう。本発明では破砕機の櫛目の大きさで２ｍｍ以上の大きさを有するものをいい、木粉とは破砕機又は粉砕機の櫛目の大きさで２ｍｍ未満の大きさを有するものをいう。また、木材のスライス薄片とは相互に垂直な３方向のうちの２方向においてのみ複数の微小腔の形態がほぼ残存するような平面的形状をなすものをいう。
【００２２】
木片は相互に垂直な３方向において複数の微小腔の形態がほぼ残存するような立体的形状を有するという点で、微小腔の形態がほとんど残存しない木粉や垂直な３方向のうちの１方向において微小腔の形態がほとんど残存しない木材のスライス薄片と区別される。木片の微小腔とは主として細胞腔をいうが、導管腔や毛細管腔も含まれていてもよい。この点で本発明でいう木片は木粉や木材のスライス薄片と区別される。
【００２３】
廃木材等を破砕した場合、大きさの異なる木片や木粉が含まれているのが一般的である。従って、複数の木片は均一な大きさとしてもよいが、選別工程を省略すべく、大きさの異なる複数の木片をそのまま用いるのがよい。
【００２４】
また、複数の木片の間には破砕機の櫛目の大きさで２ｍｍ未満の大きさを有する木粉や相互に垂直な３方向のうちの２方向においてのみ複数の微小腔の形態がほぼ残存するような平面的形状をなす木材のスライス薄片が分散されていてもよい。
【００２５】
上述のように、バインダー樹脂と木片との高い結合強度を確保できるので、木片の量はバインダー樹脂の量に対して任意とすることができるが、実用的には木片の量はバインダー樹脂の量に対して体積比で１倍〜５倍とするのがよい。
【００２６】
また、バインダー樹脂はどのような樹脂でもよく、例えば一般的に広く用いられているポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、その他の熱可塑性樹脂を使用するのがよい。
【００２７】
さらに、木片は新しい木材から得たものでもよいが、木材資源の有効利用という点を考慮すると、廃木材に由来するものを用いるのがよい。
【００２８】
また、熱可塑性樹脂には新しい樹脂を用いてもよいが、資源の有効活用という点を考慮すると、廃プラスチックに由来する樹脂を用いるのがよい。
【００２９】
さらに、本発明に係る複合木材はある用途に使用した後、従来と同様に廃棄処分することもできるが、熱可塑性樹脂を使用している関係上、使用済みの複合木材を加熱すると、熱可塑性樹脂が軟化溶融し、木片と熱可塑性樹脂とを混練した最初の状態に戻る。従って、本発明に係る複合木材は使用後に原料として何度でも再使用することができるという点で、リサイクル性に優れている。
【００３０】
即ち、複数の木片及び熱可塑性樹脂には使用済みの複合木材の破砕片に由来するものを全部又は一部に用いることができる。
【００３１】
また、本発明に係る複合木材の製造方法は、相互に垂直な３方向において複数の微小腔の形態がほぼ残存するような立体的形状をなす複数の木片がほぼ全体にわたって分散されるとともに相互に垂直な３方向のうちの少なくとも１方向に強加圧された状態でバインダー樹脂によって相互に結合されかつ上記複数の各木片は該複数の各木片の立体的形状の全体又は大部分の表面側の微小腔を圧潰するように変形させた状態で上記バインダー樹脂によって包囲されるとともに、上記複数の各木片の表面側の微小腔には上記バインダー樹脂が入り込むことによって上記複数の木片とバインダー樹脂とが相互に結合されてなる複合木材であって、該複合木材を製造するにあたり、木片を加熱して木片の含有水分を蒸発させるとともに、バインダー樹脂を溶融させて該溶融したバインダー樹脂と上記複数の木片とを混練し、上記木片とバインダー樹脂の混練物を相互に垂直な３方向あるいは該３方向のうちの２方向又は１方向に強加圧し、該強加圧状態を維持したまま冷却するか又は上記強加圧と冷却とを繰り返して上記バインター樹脂を硬化させるようにしたことを特徴とする。
【００３２】
本発明の特徴の１つは複数の微小腔の形態がほぼ残存するような立体的形状の複数の木片をバインダー樹脂と混練し、３方向、２方向又は１方向に強加圧し、その状態で冷却し、バインダー樹脂を硬化させるようにした点にある。
【００３３】
これにより、複数の木片の表面側の微小腔を圧潰するように変形させた状態でバインダー樹脂によって包囲するとともに、複数の各木片の表面側の微小腔にはバインダー樹脂が入り込むので、複数の木片とバインダー樹脂とが相互に強固に結合する。その結果、断熱性、耐水性、木材に類似した物性、合成樹脂に類似した物性、高い引っ張り強度や高い曲げ強度等の高い機械的強度を示す複合木材を製造することができる。
【００３４】
ここで、木片とバインダー樹脂との混練物を３方向に強加圧するとは、１面の開放した成形型に混練物を注入し、開放された１方向から加圧プレートによって強加圧するような場合をいい、型締め力以上の加圧力が加えられる点で通常の型成形と区別される。
【００３５】
混練物を１方向から強加圧するとは、混練物を混練機からプレート状に押し出し（混練機から押出し機に移して押出し機から押し出してもよい）、プレート状の混練物をローラで強加圧するような場合をいい、２方向から強加圧するとは縦ローラ及び横ローラで縦横から加圧するような場合をいう（縦ローラに代え、横ローラの両側に型部を設け、横ローラの強加圧力でもって混練物の両側の型部に押し付けて横方向からの強加圧を得るようにしてもよい）。
【００３６】
３方向に加圧する場合には成形型及び加圧プレートを水冷することによって混練物を強加圧状態のままで冷却することができる。しかし、２方向又は１方向に加圧する場合には３方向加圧の場合と同様の方法を採用できない。そこで、２方向又は１方向に加圧する場合における方法を種々検討し実験を繰り返したところ、強加圧と冷却とを繰り返す方法を採用すれば同様の結果が得られることが分かった。
【００３７】
木片の含有水分は溶融したバインダー樹脂との混練前に、他の熱源で加熱し含有水分を蒸発させるようにしてもよいが、溶融したバインダー樹脂と複数の木片とを混練する際に木片をバインダー樹脂の熱によって加熱して木片の含有水分を蒸発させるようにしてもよい。このようにすると、木片の乾燥工程を別途必要とせず、製造工程を簡素化できる。
【００３８】
使用済みの複合木材を再使用する場合、回収した複合木材を木片の立体的形状が残存する程度の大きさ、例えば一辺が２５ｍｍ〜３５ｍｍの大きさに破砕し、適当な熱源によって加熱して熱可塑性樹脂を溶融させ、必要に応じて熱可塑性樹脂を添加し、木片と熱可塑性樹脂の混練物の全部又は一部として用いるようにすればよい。
【００３９】
使用済みの複合木材を再使用する場合にも木片と熱可塑性樹脂の適切な比率を維持する必要がある。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図１ないし図６は本発明に係る複合木材の好ましい実施形態を示し、これは運搬用パレットに適用した例である。図において、パレット１０は２本の角材１１、１１の間に、両角材１１を挟むように複数枚の板材１２・・・を並べて掛け渡し、板材１２・・・に釘を打ち込んで角材１１に固定して製作されている。
【００４１】
角材１１及び板材１２の素材には本例の複合木材が用いられている。この複合木材は図２に示されるように、多数の木片２０・・・をほぼ全体にわたって分散するとともに相互に直交する３方向に強加圧された状態でバインダー樹脂２１によって相互に結合して製造されている。
【００４２】
木片２０は廃木材や間伐材等に由来するものであって、破砕機の櫛目の大きさで２ｍｍ以上の大きさ、即ち相互に垂直な３方向において複数の微小腔の形態がほぼ残存するような立体的形状をなす大きさを有し、木片２０の間には２ｍｍ以下の木粉２２が適量分散されている。なお、木片２０は２ｍｍ以上の大きさであればよく、木片の原料や破砕方法あるいは複合木材の用途に応じて適宜選択すればよい。また、木粉に代え、あるいは木粉とともに木材のスライス薄片が分散されていてもよい。
【００４３】
また、バインダー樹脂２１には例えばポリプロピレン、ポリエチレンあるいはポリ塩化ビニル等、廃プラスチック（新品のプラスチックでもよい）に由来する熱可塑性樹脂が用いられている。融点の近い樹脂の場合には複数種を混合してもよいが、融点の相違による樹脂の劣化や特性のばらつきを考慮すると、単一で用いるのがよい。
【００４４】
木片２０の量はバインダー樹脂２１の量に対して体積比で１倍ないし５倍、例えば４．５倍となっている。なお、木片２０の量は複合木材を用いる用途によって適宜選択すればよく、その場合には１倍未満であってもよく、5 倍を越える量としてもよい。例えば、バインダー樹脂の物性を主として利用した場合には木片２０の量をバインダー樹脂２１に対して１倍又はそれ以下とすればよく、木片の物性を主として利用したい場合には木片２０の量をバインダー樹脂２１に対して２倍又はそれ以上とすればよく、用途に応じて適宜選択することができる。
【００４５】
バインダー樹脂２１内に埋没した複数の各木片２０の表面側の全体は図３の(a)(b)に示されるようにその表面側の微小腔を圧潰する方向に変形させた状態でバインダー樹脂２１によって包囲されるとともに、表面側の微小腔にはバインダー樹脂が入り込んでおり、該入り込んだバインダー樹脂がアンカーとして作用し、木片２０とバインダー樹脂２１とが強固に結合されている。
【００４６】
また、バインダー樹脂２１表面に露出した複数の各木片２０の表面側の大部分（樹脂側部分）は図３の(c)(d)(e)に示されるようにその表面側の微小腔を圧潰する方向に変形させた状態でバインダー樹脂２１によって包囲されるとともに、複数の各木片２０の表面側（樹脂側）の微小腔にはバインダー樹脂が入り込んでおり、これによって木片２０とバインダー樹脂２１とが強固に結合されている一方、各木片２０の樹脂と反対側の表面は微小腔がそのまま露出しているので、水溶性接着剤が微小腔内に容易に侵入することができる。
【００４７】
さらに、木片２０の繊維方向の端部にささくれだった部分が存在する場合には図３の(f)に示されるように、複数のさされくれた部分の間にバインダー樹脂が入り込むとともに、複数のさされくれた部分が相互に接近する方向に変形されており、これによって木片２０とバインダー樹脂２１とが更に結合されている。
【００４８】
なお、参考のために、木粉の立体的形状を図４に示すが、木粉では微小腔の形態がほとんど残存していない。
【００４９】
次に、図５及び図６を用いて製造方法について説明する。本例の複合木材を製造する場合、廃木材や間伐材を破砕機によって櫛目の大きさで２ｍｍ以上に破砕し、多量の木片２０と少量の木粉２２の混ざった材料を準備する一方、廃プラスチックに由来するバインダー樹脂、例えばポリプロピレン、ポリエチレンあるいはポリ塩化ビニルを破砕機によって適当な大きさのチップに破砕する。なお、これらは１種でもよく、複数種の混ざったものでもよい。
【００５０】
他方、混練機３０の加熱ヒータを作動させ、混練機３０内部をバインダー樹脂の溶融温度、例えば１００°Ｃ〜３００°Ｃまで上昇させておき、破砕したバインダー樹脂のチップを混練機３０内に投入し、攪拌しながら溶融させる。バインダー樹脂チップの投入は一度に行ってもよく、複数回に向けて分けて行ってもよい（図６のステップＳ１０）。
【００５１】
なお、バインダー樹脂の溶融中に攪拌羽根の回転による溶融樹脂の攪拌によって熱が発生する場合には加熱ヒータによる加熱温度はバインダー樹脂の溶融温度よりも多少低温であってもよい。
【００５２】
バインダー樹脂２１が十分に溶融すると、準備した木片２０と木粉２２を一度に又は複数回に分けて混練機３０内に投入し、溶融したバインダー樹脂２１が木片２０及び木粉２２の表面を確実にコーティングするように混練する（図６のステップＳ１１）。
【００５３】
なお、木片２０及び木粉２２は一度に大量に投入すると、溶融樹脂の温度が低下してしまうことがあるので、木片２０及び木粉２２を予め加熱ヒータ等で適当な温度に加熱するのがよい。
【００５４】
また、バインダー樹脂を溶融状態のままで長時間加熱すると、樹脂本来の物性が損なわれることもなるので、十分に溶融した後、短時間で混練を完了させるのが好ましい。本件発明者の実験によれば、溶融してから混練が完了するまでの時間は５分〜３０分程度が好ましいことが判明した。
【００５５】
また、混練の際、溶融樹脂の例えば１００°Ｃ〜３００°Ｃの高熱によって木片２０及び木粉２２が加熱され、木片２０及び木粉２２に含まれていた水分が蒸発し、混練機３０の開口から放散されるので、木片２０及び木粉２２の含有水分が大幅に減少する。なお、混練機３０が密閉形の場合には一定の時間間隔をあけて開放し、水蒸気を放散させるようにする。
【００５６】
また、溶融樹脂の高熱によって木片２０及び木粉２２が加熱されるので、木片２０及び木粉２２に含まれていた害虫や卵を全て死滅させることができる。
【００５７】
木片２０及び木粉２２と溶融したバインダー樹脂２１とが十分に混練されると、混練機３０の下方に成形用の下型３１をセットし、混練機３０内の混練物を下型３１内に投入する（図６のステップＳ１２）。
【００５８】
この下型３１をレール３５によってプレス機３２まで移動させ、プレス機３２にセットした上型３４で下型３１内の混練物を上方から強加圧、即ち通常の樹脂成型における型締め時の圧力よりも大きな圧力で加圧し、その状態で冷却し硬化させる（図６のステップＳ１３）。冷却を行う場合、上下の型３１、３４には水冷ジャケットを設けておき、混練物を強加圧状態のままで水冷するようにするのがよい。
【００５９】
プレス機３２は上型３４を複数の油圧シリンダ又はエアーシリンダで下降させ、各シリンダで１９．６×１０ 5 Ｐａ（２０ｋｇｆ／ｃｍ2）の面圧を加える構造となっている。なお、面圧は５８．８×１０ 5 Ｐａ（６０ｋｇｆ／ｃｍ2）程度まで複合木材の用途や材料等に応じて適宜設定すればよいが、必要に応じてそれよりも大きな面圧を加えることもできる。
【００６０】
所定時間が経過し、混練物が十分に硬化すると、上型３４を引き上げ、下型３１を取出し機３３まで移動させ、真空吸着等を利用して下型３１内の所定寸法のブロック状又は板状の複合木材４０を取り出し（図６のステップＳ１１４）、下型３１は混練機３０まで戻す。
【００６１】
取り出したブロック状又は板状の複合木材４０は鋸によって所定の厚みの板状又は所定の大きさの角材に切断し、これらを組み合わせて釘打ちすると、図１に示される複合木材からなるパレット１０を製造することができる。
【００６２】
また、使用済みのパレット１０、その他の複合木材の製品を回収し、再使用する場合には回収したパレット１０等を破砕機又は粉砕機によって櫛目の大きさで３０ｍｍ程度に破砕又は破砕し、これを混練機３０に投入し、必要に応じて木片又はバインダー樹脂を投入し、バインダー樹脂を混練機３０の加熱ヒータによって溶融させると、木片及び木粉とバインダー樹脂との混練物が得られるので、後は上記と同様にして新しいブロック状又は板状の複合木材を製造することができる。
【００６３】
以上のような本例の複合木材では多数の木片２０がバインダー樹脂２１によって囲まれて相互に分離されているので、断熱性が高く、又複合木材の表面に露出した木片２０に水分が浸透しても水分はその木片２０のみにとどまり、内部の木片２０まで浸透しないので、複合木材全体としては優れた耐水性能を発揮する。
【００６４】
本件発明者が常温水及び煮沸水の吸水試験を行ったところ、常温水の平均吸水率は天然木材が１．５〜２．７％であるのに対し、本例の複合木材では０．６％以下であった。また、煮沸水の平均吸水率は本例の複合木材では２．３％以下であった。いずれにしても本例の複合木材では天然木材に比してほとんど吸水が起こらず、吸水に起因する寸法変化も発生しないことが確認された。
【００６５】
また、本件発明者が木材としての物性を調べたところ、釘を簡単に打込むことができるとともに、鉋による削りができ、又複合木材のどのような部位であっても任意の方向に鋸で切断することができ、さらには水溶性接着剤による接着もできることが確認された。
【００６６】
さらに、本件発明者が機械的強度について調べたところ、木材よりも高い引っ張り強度及び高い曲げ強度等、高い機械的強度を示すことが確認された。
【００６７】
図７は第２の実施形態を示し、図において図５と同一符号は同一又は相当部分を示す。本例では２軸加圧押出し機５０（１軸加圧押出し機でもよい）が設けられ、バインダー樹脂のチップを２軸加熱押出し機５０の投入口に投入すると、内蔵の加熱ヒータによってバインター樹脂のチップが加熱されるとともに２つのスクリューによって前方に練られながら送られて更に昇温し、出口から十分に溶融したバインダー樹脂が送り出されるようになている。
【００６８】
本例のシステムを用いて複合木材を製造する場合、混練機３０に木片と木粉を一度に又は複数回に分けて投入し、混練機３０の加熱ヒータによって木片と木粉を加熱し、その含有水分を十分に蒸発させておく。他方、バインダー樹脂のチップを２軸加熱押出し機５０に投入し、バインダー樹脂を十分に溶融させて混練機３０に投入し、溶融したバインダー樹脂が木片及び木粉の表面を確実にコーティングするように混練する。その後は、第１の実施形態と同様に、混練物を成形用の下型３１を投入し、プレス機３２にセットした上型３４で下型３１内の混練物を上方から強加圧しながら冷却し、硬化すると取り出せばよい。
【００６９】
図８は第３の実施形態を示し、図において図５及び図７と同一符号は同一又は相当部分を示す。混練機３０の前方には２軸加熱押出し機６０（１軸加熱押出機であってもよい）が設けられ、２軸加熱押出し機６０の押出し口にはダイ７０が取り付けられている。ダイ７０の前方には複数の受けプレート７１が長手方向に並べて設けられ、隣接する受けプレート７１の間には一対の横ローラ８０が設けられ、最終の横ローラ８０の前方には切断機９０が設けられている。
【００７０】
本例のシステムを用いて複合木材を製造する場合、バインダー樹脂のチップを混練機３０に投入して溶融させた後、木片と木粉を一度に又は複数回に分けて投入し、バインダー樹脂と木片及び木粉とを混練する。その際、溶融したバインダー樹脂の熱によって木片と木粉を加熱し、その含有水分を十分に蒸発させる。
【００７１】
混練物が十分に混練されると、混練物を混練機３０から２軸加熱押出し機７０の投入口に投入し、２軸加熱押出し機６０によって練りながら前方に送られ、ダイ７０からプレート状に押し出される。すると、混練物には２軸加熱押出し機６０及びダイ７０内において周囲から大きな加圧力が作用し、複数のうちの幾つかの木片の表面側の微小腔が潰されるように変形され、微小腔にバインダー樹脂が侵入する。
【００７２】
混練物がダイ７０からプレート状に押し出されると、混練物は受けプレート７１上を前方に送られ、周囲から冷却エアーが次々と吹きつけられ、温度が徐々に低下する。また、受けプレート７１上を前方に送られたプレート状の混練物は複数の横ローラ８０によって上下方向に繰り返し強加圧され、こうして複数の木片の表面側の微小腔が潰されるように変形され、微小腔にバインダー樹脂が侵入する。横ローラ８０の加圧力は第１の実施形態における加圧力と同程度となるように設定する。
【００７３】
プレート状の混練物が最終の横ローラ８０を通過すると、冷却エアーの作用によって所定の温度まで低下し、プレート状の混練物は十分に硬化し、最後に切断機９０によって所定の長さに切断されてプレート状の複合木材が得られる。なお、最後の横ローラ８０は加熱ヒータを内蔵し、プレート状の複合木材の表面を平滑にする機能を持たせてもよい。
【００７４】
本例の複合木材はダイ７０から押し出された後に前方に送られながら上下に強加圧されるので、複数の木片が送り方向に整列した状態でバインダー樹脂によって結合されている。従って、上記送り方向に沿う方向の曲げに対しては高い耐曲げ性を示すことが確認された。
【００７５】
なお、本発明は上記の製造方法に限定されず、他の方法を採用することもできる。例えば、製品形状の成形型を用い、製品を成型するようにしてもよい。また、上下、左右及び高さの３方向のうちの２方向から加圧を行うようにすることもできる。
【００７６】
また、複合木材の用途はパレットに限定されず、他の製品、例えば合板等の建築用資材、柱材等の建築材料、家具の芯材やベンチ等の耐久消費材に利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る方法の好ましい実施形態によって製造された複合木材を用いたパレットを示す概略斜視図である。
【図２】 上記複合木材を示す一部断面図である。
【図３】 上記複合木材における顕微鏡写真を示す図である。
【図４】 木粉の顕微鏡写真を示す参考図である。
【図５】 上記実施形態の製造方法を概念的に示す概略図である。
【図６】 上記実施形態における製造工程を示す工程図である。
【図７】 第２の実施形態の製造方法を概念的に示す概略図である。
【図８】 第３の実施形態の製造方法を概念的に示す概略図である。
【符号の説明】
１０ パレット
２０ 木片
２１ バインダー樹脂
２２ 木粉
３０ 混練機
３１ 下型
３２ プレス機
３３ 取出し機
３４ 上型
４０ 複合木材板
５０ ２軸加熱押出し機
６０ ２軸加熱押出し機
７０ ダイ
８０ 横ローラ
９０ 切断機
【発明の属する技術分野】
この発明は複合木材及びその製造方法に関し、特に加工性等の木材としての優れた特性と、耐水性等の合成樹脂としての優れた特性を併有し、しかも所定の機械的強度を有する複合木材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、環境問題が社会的に注目されているが、特に二酸化炭素による地球温暖化が現実的になりつつある今日、樹木の伐採による森林破壊が大きな問題となっきている。通常、木材は伐採された樹木を乾燥して製材し、各種の用途に応じた形状や構造に加工されるのが一般的であるが、最終的には焼却処分されることが多く、木材が有効に利用されていなかった。
【０００３】
他方、一般的に広く利用されているポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系の熱可塑性樹脂は親油性を示し、親水性を示す木材、パルプ、紙、鋸屑等とは相互の濡れ性が悪いことから、上手く混ぜることができず、無理に混合しても相互の結合力が弱く、これらの複合材の製造は難しかった。
【０００４】
そこで、木質材料とフェノール樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂とを用いてファイバーボード、パーティクルボード、木質ブロック等の複合材料を製造する方法が種々提案されているが、熱硬化性樹脂を使用する関係でコスト高になっていた。
【０００５】
これに対し、廃木材、間伐材あるいは木屑を木粉に粉砕し、木粉と溶融したポリオレフィン系の廃プラスチックとを混練し、押出し成形することにより製品とし、資源の有効利用を図る方法が提案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、等参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特公昭５９−１３０４号公報
【特許文献２】
特開昭５８−２１７５５２号公報
【特許文献３】
特公昭５９−２４５５号公報
【特許文献４】
特開昭５９−２１７７４４号公報
【特許文献５】
特公平０３−６４５５３号公報
【特許文献６】
特開昭６１−１５５４３６号公報
【特許文献７】
特開平１０−７１６３６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の木粉を用いる方法では複合木材の機械的性質を確保するためには木粉を乾燥して含有水分を所定量、例えば１０％以下にする必要があり、製造工程が複雑であった。
【０００８】
また、木粉の量を多くすると、溶融樹脂と上手く混練できず、実用的には木粉の量を合成樹脂材料の量に対して体積比で等倍程度までしか使用できていないのが実情である。
【０００９】
さらに、木粉を用いた複合材料であるというものの、実際には合成樹脂材料に似た物性を示し、釘の打ち込み鋸による切断あるいは水溶性接着剤による接着が難しく、適用できる製品用途が制限されるという問題もあった。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑み、加工性等の木材としての優れた特性と、耐水性等の合成樹脂としての優れた特性を併有し、しかも所定の機械的強度を有する複合木材を製造できるようにした方法を提供することを課題とする。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明に係る複合木材は、複数の木片をバインダー樹脂によって相互に結合してなる複合木材であって、上記複数の各木片は相互に垂直な３方向において複数の微小腔の形態がほぼ残存するような立体的形状をなし、該複数の各木片の立体的形状の全体又は大部分はその表面側の微小腔を圧潰するように変形させた状態で上記バインダー樹脂によって包囲されるとともに、上記複数の各木片の表面側の微小腔には上記バインダー樹脂が入り込むことによって上記複数の木片と上記バインダー樹脂とが相互に結合されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の特徴の１つは複数の微小腔の立体的形態がほぼ残存するような形状の複数の木片をバインダー樹脂によって強加圧状態で相互に結合するようにした点にある。
【００１３】
これにより、複数の木片がバインダー樹脂によって囲まれて相互に分離されるので、断熱性が高く、又表面に露出した木片に水分が浸透しても水分はその木片のみにとどまり、他の木片まで浸透しないので、複合木材全体としては優れた耐水性能を発揮する。
【００１４】
また、複数の木片の表面側がバインダー樹脂の加圧によって表面側の微小腔を圧潰するように変形されるとともに、表面側の微小腔にバインダー樹脂が入り込むので、木片とバインダー樹脂とが相互に強固に結合され、例えば親水性を示す木片と親油性を示すオレフィン系樹脂等のバインダー樹脂とを強固に結合できる。従って、複合木材の表面に木片が露出しても簡単に剥離せず、複合木材を用いた製品の品質を保証できる。
【００１５】
さらに、多数の木片が分散して状態でバインダー樹脂によって結合されているので、木材に似た物性を示し、釘を簡単に打込むことができるとともに、鉋による削りができ、又物性に方向性がないので、複合木材のどのような部位であっても任意の方向に鋸で切断することができ、さらには複合木材の表面には木片が露出するので、かかる木片を利用して水溶性接着剤による接着もできる。
【００１６】
また、木片の量を任意に設定できるので、木片の量を多くし、木片同士を相互にほぼ連携し合った分散状態でバインダー樹脂によって結合すると、高い引っ張り強度及び高い曲げ強度等、高い機械的強度を示す。その結果、上述の断熱性及び耐水性に加え、木材に類似した物性、合成樹脂に類似した物性及び高い機械的強度を示すので、あらゆる用途、例えば型枠等の建築資材、柱や壁材等、家具の芯材、パレット等の運搬資材、ベンチ等の屋外品等に利用できる。
【００１７】
例えば、パレット等の運搬資材の場合、天然の木材を使用すると、荷受け国における森林被害を防止するため、松喰い虫等の害虫駆除のための燻蒸や熱処理を要求され、コスト高となる。これに対し、本発明においては合成樹脂中に木片を分散させた複合木材であるので、害虫駆除のために燻蒸や熱処理を要求されることはなく、複合木材を用いてパレット等の運搬資材を製作しても害虫駆除のためにコスト高を招来することはない。
【００１８】
さらに、木片はその周囲をバインダー樹脂によって取り囲まれ、木片の間は相互に分離されているので、使用中に松喰い虫等の害虫が複合木材の表面側の木片に取りついても内部まで侵入することもない。
【００１９】
木片を破砕機で破砕した場合、木材の繊維方向の端部がささくれた形態となる。このささくれ部分の形態に起因して木片とバインダー樹脂とを更に相互に結合することができる。
【００２０】
即ち、木片はその表面側の一部が複数のささくれた形状をなし、該複数のささくれた形状部分の間にはバインダー樹脂が入り込むとともに、複数のささくれた形状部分が相互に接近する方向に変形されることによって複数の木片とバインダー樹脂とが更に相互に結合されることができる。
【００２１】
ここで、木片とは相互に垂直な３方向において複数の微小腔の形態がほぼ残存するような立体的形状をなすものをいう。本発明では破砕機の櫛目の大きさで２ｍｍ以上の大きさを有するものをいい、木粉とは破砕機又は粉砕機の櫛目の大きさで２ｍｍ未満の大きさを有するものをいう。また、木材のスライス薄片とは相互に垂直な３方向のうちの２方向においてのみ複数の微小腔の形態がほぼ残存するような平面的形状をなすものをいう。
【００２２】
木片は相互に垂直な３方向において複数の微小腔の形態がほぼ残存するような立体的形状を有するという点で、微小腔の形態がほとんど残存しない木粉や垂直な３方向のうちの１方向において微小腔の形態がほとんど残存しない木材のスライス薄片と区別される。木片の微小腔とは主として細胞腔をいうが、導管腔や毛細管腔も含まれていてもよい。この点で本発明でいう木片は木粉や木材のスライス薄片と区別される。
【００２３】
廃木材等を破砕した場合、大きさの異なる木片や木粉が含まれているのが一般的である。従って、複数の木片は均一な大きさとしてもよいが、選別工程を省略すべく、大きさの異なる複数の木片をそのまま用いるのがよい。
【００２４】
また、複数の木片の間には破砕機の櫛目の大きさで２ｍｍ未満の大きさを有する木粉や相互に垂直な３方向のうちの２方向においてのみ複数の微小腔の形態がほぼ残存するような平面的形状をなす木材のスライス薄片が分散されていてもよい。
【００２５】
上述のように、バインダー樹脂と木片との高い結合強度を確保できるので、木片の量はバインダー樹脂の量に対して任意とすることができるが、実用的には木片の量はバインダー樹脂の量に対して体積比で１倍〜５倍とするのがよい。
【００２６】
また、バインダー樹脂はどのような樹脂でもよく、例えば一般的に広く用いられているポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、その他の熱可塑性樹脂を使用するのがよい。
【００２７】
さらに、木片は新しい木材から得たものでもよいが、木材資源の有効利用という点を考慮すると、廃木材に由来するものを用いるのがよい。
【００２８】
また、熱可塑性樹脂には新しい樹脂を用いてもよいが、資源の有効活用という点を考慮すると、廃プラスチックに由来する樹脂を用いるのがよい。
【００２９】
さらに、本発明に係る複合木材はある用途に使用した後、従来と同様に廃棄処分することもできるが、熱可塑性樹脂を使用している関係上、使用済みの複合木材を加熱すると、熱可塑性樹脂が軟化溶融し、木片と熱可塑性樹脂とを混練した最初の状態に戻る。従って、本発明に係る複合木材は使用後に原料として何度でも再使用することができるという点で、リサイクル性に優れている。
【００３０】
即ち、複数の木片及び熱可塑性樹脂には使用済みの複合木材の破砕片に由来するものを全部又は一部に用いることができる。
【００３１】
また、本発明に係る複合木材の製造方法は、相互に垂直な３方向において複数の微小腔の形態がほぼ残存するような立体的形状をなす複数の木片がほぼ全体にわたって分散されるとともに相互に垂直な３方向のうちの少なくとも１方向に強加圧された状態でバインダー樹脂によって相互に結合されかつ上記複数の各木片は該複数の各木片の立体的形状の全体又は大部分の表面側の微小腔を圧潰するように変形させた状態で上記バインダー樹脂によって包囲されるとともに、上記複数の各木片の表面側の微小腔には上記バインダー樹脂が入り込むことによって上記複数の木片とバインダー樹脂とが相互に結合されてなる複合木材であって、該複合木材を製造するにあたり、木片を加熱して木片の含有水分を蒸発させるとともに、バインダー樹脂を溶融させて該溶融したバインダー樹脂と上記複数の木片とを混練し、上記木片とバインダー樹脂の混練物を相互に垂直な３方向あるいは該３方向のうちの２方向又は１方向に強加圧し、該強加圧状態を維持したまま冷却するか又は上記強加圧と冷却とを繰り返して上記バインター樹脂を硬化させるようにしたことを特徴とする。
【００３２】
本発明の特徴の１つは複数の微小腔の形態がほぼ残存するような立体的形状の複数の木片をバインダー樹脂と混練し、３方向、２方向又は１方向に強加圧し、その状態で冷却し、バインダー樹脂を硬化させるようにした点にある。
【００３３】
これにより、複数の木片の表面側の微小腔を圧潰するように変形させた状態でバインダー樹脂によって包囲するとともに、複数の各木片の表面側の微小腔にはバインダー樹脂が入り込むので、複数の木片とバインダー樹脂とが相互に強固に結合する。その結果、断熱性、耐水性、木材に類似した物性、合成樹脂に類似した物性、高い引っ張り強度や高い曲げ強度等の高い機械的強度を示す複合木材を製造することができる。
【００３４】
ここで、木片とバインダー樹脂との混練物を３方向に強加圧するとは、１面の開放した成形型に混練物を注入し、開放された１方向から加圧プレートによって強加圧するような場合をいい、型締め力以上の加圧力が加えられる点で通常の型成形と区別される。
【００３５】
混練物を１方向から強加圧するとは、混練物を混練機からプレート状に押し出し（混練機から押出し機に移して押出し機から押し出してもよい）、プレート状の混練物をローラで強加圧するような場合をいい、２方向から強加圧するとは縦ローラ及び横ローラで縦横から加圧するような場合をいう（縦ローラに代え、横ローラの両側に型部を設け、横ローラの強加圧力でもって混練物の両側の型部に押し付けて横方向からの強加圧を得るようにしてもよい）。
【００３６】
３方向に加圧する場合には成形型及び加圧プレートを水冷することによって混練物を強加圧状態のままで冷却することができる。しかし、２方向又は１方向に加圧する場合には３方向加圧の場合と同様の方法を採用できない。そこで、２方向又は１方向に加圧する場合における方法を種々検討し実験を繰り返したところ、強加圧と冷却とを繰り返す方法を採用すれば同様の結果が得られることが分かった。
【００３７】
木片の含有水分は溶融したバインダー樹脂との混練前に、他の熱源で加熱し含有水分を蒸発させるようにしてもよいが、溶融したバインダー樹脂と複数の木片とを混練する際に木片をバインダー樹脂の熱によって加熱して木片の含有水分を蒸発させるようにしてもよい。このようにすると、木片の乾燥工程を別途必要とせず、製造工程を簡素化できる。
【００３８】
使用済みの複合木材を再使用する場合、回収した複合木材を木片の立体的形状が残存する程度の大きさ、例えば一辺が２５ｍｍ〜３５ｍｍの大きさに破砕し、適当な熱源によって加熱して熱可塑性樹脂を溶融させ、必要に応じて熱可塑性樹脂を添加し、木片と熱可塑性樹脂の混練物の全部又は一部として用いるようにすればよい。
【００３９】
使用済みの複合木材を再使用する場合にも木片と熱可塑性樹脂の適切な比率を維持する必要がある。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図１ないし図６は本発明に係る複合木材の好ましい実施形態を示し、これは運搬用パレットに適用した例である。図において、パレット１０は２本の角材１１、１１の間に、両角材１１を挟むように複数枚の板材１２・・・を並べて掛け渡し、板材１２・・・に釘を打ち込んで角材１１に固定して製作されている。
【００４１】
角材１１及び板材１２の素材には本例の複合木材が用いられている。この複合木材は図２に示されるように、多数の木片２０・・・をほぼ全体にわたって分散するとともに相互に直交する３方向に強加圧された状態でバインダー樹脂２１によって相互に結合して製造されている。
【００４２】
木片２０は廃木材や間伐材等に由来するものであって、破砕機の櫛目の大きさで２ｍｍ以上の大きさ、即ち相互に垂直な３方向において複数の微小腔の形態がほぼ残存するような立体的形状をなす大きさを有し、木片２０の間には２ｍｍ以下の木粉２２が適量分散されている。なお、木片２０は２ｍｍ以上の大きさであればよく、木片の原料や破砕方法あるいは複合木材の用途に応じて適宜選択すればよい。また、木粉に代え、あるいは木粉とともに木材のスライス薄片が分散されていてもよい。
【００４３】
また、バインダー樹脂２１には例えばポリプロピレン、ポリエチレンあるいはポリ塩化ビニル等、廃プラスチック（新品のプラスチックでもよい）に由来する熱可塑性樹脂が用いられている。融点の近い樹脂の場合には複数種を混合してもよいが、融点の相違による樹脂の劣化や特性のばらつきを考慮すると、単一で用いるのがよい。
【００４４】
木片２０の量はバインダー樹脂２１の量に対して体積比で１倍ないし５倍、例えば４．５倍となっている。なお、木片２０の量は複合木材を用いる用途によって適宜選択すればよく、その場合には１倍未満であってもよく、5 倍を越える量としてもよい。例えば、バインダー樹脂の物性を主として利用した場合には木片２０の量をバインダー樹脂２１に対して１倍又はそれ以下とすればよく、木片の物性を主として利用したい場合には木片２０の量をバインダー樹脂２１に対して２倍又はそれ以上とすればよく、用途に応じて適宜選択することができる。
【００４５】
バインダー樹脂２１内に埋没した複数の各木片２０の表面側の全体は図３の(a)(b)に示されるようにその表面側の微小腔を圧潰する方向に変形させた状態でバインダー樹脂２１によって包囲されるとともに、表面側の微小腔にはバインダー樹脂が入り込んでおり、該入り込んだバインダー樹脂がアンカーとして作用し、木片２０とバインダー樹脂２１とが強固に結合されている。
【００４６】
また、バインダー樹脂２１表面に露出した複数の各木片２０の表面側の大部分（樹脂側部分）は図３の(c)(d)(e)に示されるようにその表面側の微小腔を圧潰する方向に変形させた状態でバインダー樹脂２１によって包囲されるとともに、複数の各木片２０の表面側（樹脂側）の微小腔にはバインダー樹脂が入り込んでおり、これによって木片２０とバインダー樹脂２１とが強固に結合されている一方、各木片２０の樹脂と反対側の表面は微小腔がそのまま露出しているので、水溶性接着剤が微小腔内に容易に侵入することができる。
【００４７】
さらに、木片２０の繊維方向の端部にささくれだった部分が存在する場合には図３の(f)に示されるように、複数のさされくれた部分の間にバインダー樹脂が入り込むとともに、複数のさされくれた部分が相互に接近する方向に変形されており、これによって木片２０とバインダー樹脂２１とが更に結合されている。
【００４８】
なお、参考のために、木粉の立体的形状を図４に示すが、木粉では微小腔の形態がほとんど残存していない。
【００４９】
次に、図５及び図６を用いて製造方法について説明する。本例の複合木材を製造する場合、廃木材や間伐材を破砕機によって櫛目の大きさで２ｍｍ以上に破砕し、多量の木片２０と少量の木粉２２の混ざった材料を準備する一方、廃プラスチックに由来するバインダー樹脂、例えばポリプロピレン、ポリエチレンあるいはポリ塩化ビニルを破砕機によって適当な大きさのチップに破砕する。なお、これらは１種でもよく、複数種の混ざったものでもよい。
【００５０】
他方、混練機３０の加熱ヒータを作動させ、混練機３０内部をバインダー樹脂の溶融温度、例えば１００°Ｃ〜３００°Ｃまで上昇させておき、破砕したバインダー樹脂のチップを混練機３０内に投入し、攪拌しながら溶融させる。バインダー樹脂チップの投入は一度に行ってもよく、複数回に向けて分けて行ってもよい（図６のステップＳ１０）。
【００５１】
なお、バインダー樹脂の溶融中に攪拌羽根の回転による溶融樹脂の攪拌によって熱が発生する場合には加熱ヒータによる加熱温度はバインダー樹脂の溶融温度よりも多少低温であってもよい。
【００５２】
バインダー樹脂２１が十分に溶融すると、準備した木片２０と木粉２２を一度に又は複数回に分けて混練機３０内に投入し、溶融したバインダー樹脂２１が木片２０及び木粉２２の表面を確実にコーティングするように混練する（図６のステップＳ１１）。
【００５３】
なお、木片２０及び木粉２２は一度に大量に投入すると、溶融樹脂の温度が低下してしまうことがあるので、木片２０及び木粉２２を予め加熱ヒータ等で適当な温度に加熱するのがよい。
【００５４】
また、バインダー樹脂を溶融状態のままで長時間加熱すると、樹脂本来の物性が損なわれることもなるので、十分に溶融した後、短時間で混練を完了させるのが好ましい。本件発明者の実験によれば、溶融してから混練が完了するまでの時間は５分〜３０分程度が好ましいことが判明した。
【００５５】
また、混練の際、溶融樹脂の例えば１００°Ｃ〜３００°Ｃの高熱によって木片２０及び木粉２２が加熱され、木片２０及び木粉２２に含まれていた水分が蒸発し、混練機３０の開口から放散されるので、木片２０及び木粉２２の含有水分が大幅に減少する。なお、混練機３０が密閉形の場合には一定の時間間隔をあけて開放し、水蒸気を放散させるようにする。
【００５６】
また、溶融樹脂の高熱によって木片２０及び木粉２２が加熱されるので、木片２０及び木粉２２に含まれていた害虫や卵を全て死滅させることができる。
【００５７】
木片２０及び木粉２２と溶融したバインダー樹脂２１とが十分に混練されると、混練機３０の下方に成形用の下型３１をセットし、混練機３０内の混練物を下型３１内に投入する（図６のステップＳ１２）。
【００５８】
この下型３１をレール３５によってプレス機３２まで移動させ、プレス機３２にセットした上型３４で下型３１内の混練物を上方から強加圧、即ち通常の樹脂成型における型締め時の圧力よりも大きな圧力で加圧し、その状態で冷却し硬化させる（図６のステップＳ１３）。冷却を行う場合、上下の型３１、３４には水冷ジャケットを設けておき、混練物を強加圧状態のままで水冷するようにするのがよい。
【００５９】
プレス機３２は上型３４を複数の油圧シリンダ又はエアーシリンダで下降させ、各シリンダで１９．６×１０ 5 Ｐａ（２０ｋｇｆ／ｃｍ2）の面圧を加える構造となっている。なお、面圧は５８．８×１０ 5 Ｐａ（６０ｋｇｆ／ｃｍ2）程度まで複合木材の用途や材料等に応じて適宜設定すればよいが、必要に応じてそれよりも大きな面圧を加えることもできる。
【００６０】
所定時間が経過し、混練物が十分に硬化すると、上型３４を引き上げ、下型３１を取出し機３３まで移動させ、真空吸着等を利用して下型３１内の所定寸法のブロック状又は板状の複合木材４０を取り出し（図６のステップＳ１１４）、下型３１は混練機３０まで戻す。
【００６１】
取り出したブロック状又は板状の複合木材４０は鋸によって所定の厚みの板状又は所定の大きさの角材に切断し、これらを組み合わせて釘打ちすると、図１に示される複合木材からなるパレット１０を製造することができる。
【００６２】
また、使用済みのパレット１０、その他の複合木材の製品を回収し、再使用する場合には回収したパレット１０等を破砕機又は粉砕機によって櫛目の大きさで３０ｍｍ程度に破砕又は破砕し、これを混練機３０に投入し、必要に応じて木片又はバインダー樹脂を投入し、バインダー樹脂を混練機３０の加熱ヒータによって溶融させると、木片及び木粉とバインダー樹脂との混練物が得られるので、後は上記と同様にして新しいブロック状又は板状の複合木材を製造することができる。
【００６３】
以上のような本例の複合木材では多数の木片２０がバインダー樹脂２１によって囲まれて相互に分離されているので、断熱性が高く、又複合木材の表面に露出した木片２０に水分が浸透しても水分はその木片２０のみにとどまり、内部の木片２０まで浸透しないので、複合木材全体としては優れた耐水性能を発揮する。
【００６４】
本件発明者が常温水及び煮沸水の吸水試験を行ったところ、常温水の平均吸水率は天然木材が１．５〜２．７％であるのに対し、本例の複合木材では０．６％以下であった。また、煮沸水の平均吸水率は本例の複合木材では２．３％以下であった。いずれにしても本例の複合木材では天然木材に比してほとんど吸水が起こらず、吸水に起因する寸法変化も発生しないことが確認された。
【００６５】
また、本件発明者が木材としての物性を調べたところ、釘を簡単に打込むことができるとともに、鉋による削りができ、又複合木材のどのような部位であっても任意の方向に鋸で切断することができ、さらには水溶性接着剤による接着もできることが確認された。
【００６６】
さらに、本件発明者が機械的強度について調べたところ、木材よりも高い引っ張り強度及び高い曲げ強度等、高い機械的強度を示すことが確認された。
【００６７】
図７は第２の実施形態を示し、図において図５と同一符号は同一又は相当部分を示す。本例では２軸加圧押出し機５０（１軸加圧押出し機でもよい）が設けられ、バインダー樹脂のチップを２軸加熱押出し機５０の投入口に投入すると、内蔵の加熱ヒータによってバインター樹脂のチップが加熱されるとともに２つのスクリューによって前方に練られながら送られて更に昇温し、出口から十分に溶融したバインダー樹脂が送り出されるようになている。
【００６８】
本例のシステムを用いて複合木材を製造する場合、混練機３０に木片と木粉を一度に又は複数回に分けて投入し、混練機３０の加熱ヒータによって木片と木粉を加熱し、その含有水分を十分に蒸発させておく。他方、バインダー樹脂のチップを２軸加熱押出し機５０に投入し、バインダー樹脂を十分に溶融させて混練機３０に投入し、溶融したバインダー樹脂が木片及び木粉の表面を確実にコーティングするように混練する。その後は、第１の実施形態と同様に、混練物を成形用の下型３１を投入し、プレス機３２にセットした上型３４で下型３１内の混練物を上方から強加圧しながら冷却し、硬化すると取り出せばよい。
【００６９】
図８は第３の実施形態を示し、図において図５及び図７と同一符号は同一又は相当部分を示す。混練機３０の前方には２軸加熱押出し機６０（１軸加熱押出機であってもよい）が設けられ、２軸加熱押出し機６０の押出し口にはダイ７０が取り付けられている。ダイ７０の前方には複数の受けプレート７１が長手方向に並べて設けられ、隣接する受けプレート７１の間には一対の横ローラ８０が設けられ、最終の横ローラ８０の前方には切断機９０が設けられている。
【００７０】
本例のシステムを用いて複合木材を製造する場合、バインダー樹脂のチップを混練機３０に投入して溶融させた後、木片と木粉を一度に又は複数回に分けて投入し、バインダー樹脂と木片及び木粉とを混練する。その際、溶融したバインダー樹脂の熱によって木片と木粉を加熱し、その含有水分を十分に蒸発させる。
【００７１】
混練物が十分に混練されると、混練物を混練機３０から２軸加熱押出し機７０の投入口に投入し、２軸加熱押出し機６０によって練りながら前方に送られ、ダイ７０からプレート状に押し出される。すると、混練物には２軸加熱押出し機６０及びダイ７０内において周囲から大きな加圧力が作用し、複数のうちの幾つかの木片の表面側の微小腔が潰されるように変形され、微小腔にバインダー樹脂が侵入する。
【００７２】
混練物がダイ７０からプレート状に押し出されると、混練物は受けプレート７１上を前方に送られ、周囲から冷却エアーが次々と吹きつけられ、温度が徐々に低下する。また、受けプレート７１上を前方に送られたプレート状の混練物は複数の横ローラ８０によって上下方向に繰り返し強加圧され、こうして複数の木片の表面側の微小腔が潰されるように変形され、微小腔にバインダー樹脂が侵入する。横ローラ８０の加圧力は第１の実施形態における加圧力と同程度となるように設定する。
【００７３】
プレート状の混練物が最終の横ローラ８０を通過すると、冷却エアーの作用によって所定の温度まで低下し、プレート状の混練物は十分に硬化し、最後に切断機９０によって所定の長さに切断されてプレート状の複合木材が得られる。なお、最後の横ローラ８０は加熱ヒータを内蔵し、プレート状の複合木材の表面を平滑にする機能を持たせてもよい。
【００７４】
本例の複合木材はダイ７０から押し出された後に前方に送られながら上下に強加圧されるので、複数の木片が送り方向に整列した状態でバインダー樹脂によって結合されている。従って、上記送り方向に沿う方向の曲げに対しては高い耐曲げ性を示すことが確認された。
【００７５】
なお、本発明は上記の製造方法に限定されず、他の方法を採用することもできる。例えば、製品形状の成形型を用い、製品を成型するようにしてもよい。また、上下、左右及び高さの３方向のうちの２方向から加圧を行うようにすることもできる。
【００７６】
また、複合木材の用途はパレットに限定されず、他の製品、例えば合板等の建築用資材、柱材等の建築材料、家具の芯材やベンチ等の耐久消費材に利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る方法の好ましい実施形態によって製造された複合木材を用いたパレットを示す概略斜視図である。
【図２】 上記複合木材を示す一部断面図である。
【図３】 上記複合木材における顕微鏡写真を示す図である。
【図４】 木粉の顕微鏡写真を示す参考図である。
【図５】 上記実施形態の製造方法を概念的に示す概略図である。
【図６】 上記実施形態における製造工程を示す工程図である。
【図７】 第２の実施形態の製造方法を概念的に示す概略図である。
【図８】 第３の実施形態の製造方法を概念的に示す概略図である。
【符号の説明】
１０ パレット
２０ 木片
２１ バインダー樹脂
２２ 木粉
３０ 混練機
３１ 下型
３２ プレス機
３３ 取出し機
３４ 上型
４０ 複合木材板
５０ ２軸加熱押出し機
６０ ２軸加熱押出し機
７０ ダイ
８０ 横ローラ
９０ 切断機
Claims (12)
- 複数の木片をバインダー樹脂によって相互に結合してなる複合木材であって、
上記複数の各木片は相互に垂直な３方向において複数の微小腔の形態がほぼ残存するような立体的形状をなし、該複数の各木片の立体的形状の全体又は大部分はその表面側の微小腔を圧潰するように変形させた状態で上記バインダー樹脂によって包囲されるとともに、上記複数の各木片の表面側の微小腔には含有水分が蒸発されて上記バインダー樹脂が入り込むことによって上記複数の木片と上記バインダー樹脂とが相互に結合されていることを特徴とする複合木材。 - 上記木片はその表面側の一部が複数のささくれた形状をなし、該複数のささくれた形状部分の間には上記バインダー樹脂が入り込むとともに、上記複数のささくれた形状部分が相互に接近する方向に変形されることによって上記複数の木片とバインダー樹脂とが更に相互に結合されている請求項１記載の複合木材。
- 上記複数の木片が破砕機の櫛目の大きさで２ｍｍ以上の大きさを有するものである請求項１又は２記載の複合木材。
- 上記複数の木片の間には破砕機の櫛目の大きさで２ｍｍ未満の大きさを有する木粉及び／又は相互に垂直な３方向のうちの２方向においてのみ複数の微小腔の形態がほぼ残存するような平面的形状をなす木材のスライス薄片が分散されている請求項１ないし３のいずれかに記載の複合木材。
- 上記複数の木片の量がバインダー樹脂の量に対して体積比で１倍〜５倍である請求項１ないし４のいずれかに記載の複合木材。
- 上記バインダー樹脂がポリプロピレン、ポリエチレン又はポリ塩化ビニル、その他の熱可塑性樹脂である請求項１ないし５のいずれかに記載の複合木材。
- 上記複数の木片が廃木材に由来するものである請求項１ないし６のいずれかに記載の複合木材。
- 上記熱可塑性樹脂が廃プラスチックに由来する樹脂である請求項１ないし７のいずれかに記載の複合木材。
- 上記複数の木片及び上記熱可塑性樹脂が使用済みの複合木材の破砕片に由来するものである請求項１ないし８のいずれかに記載の複合木材。
- 相互に垂直な３方向において複数の微小腔の形態がほぼ残存するような立体的形状をなす複数の木片がほぼ全体にわたって分散されるとともに相互に垂直な３方向のうちの少なくとも１方向に強加圧された状態でバインダー樹脂によって相互に結合されかつ上記複数の各木片は該複数の各木片の立体的形状の全体又は大部分の表面側の微小腔を圧潰するように変形させた状態で上記バインダー樹脂によって包囲されるとともに、上記複数の各木片の表面側の微小腔には上記バインダー樹脂が入り込むことによって上記複数の木片とバインダー樹脂とが相互に結合されてなる複合木材であって、該複合木材を製造するにあたり、
木片を加熱して木片の含有水分を蒸発させるとともに、バインダー樹脂を溶融させて該溶融したバインダー樹脂と上記複数の木片とを混練し、
上記木片とバインダー樹脂の混練物を相互に垂直な３方向又は１方向に強加圧し、該強加圧状態を維持したまま冷却するか又は上記強加圧と冷却とを繰り返して上記バインダー樹脂を硬化させるようにしたことを特徴とする複合木材の製造方法。 - 溶融したバインダー樹脂と上記複数の木片とを混練する際に木片をバインダー樹脂の熱によって加熱して木片の含有水分を蒸発させるようにした請求項１０記載の複合木材の製造方法。
- 使用済みの請求項１ないし９のいずれかに記載の複合木材を破砕し、上記複数の木片及び熱可塑性樹脂の材料として再使用するようにした請求項１０又は１１記載の複合木材の製造方法。
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